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无牙上颌骨缺损种植修复优化设计的三维有限元分析

白石柱  
【摘要】:上颌骨缺损是临床常见的颌面部疾患,无牙颌一侧上颌骨缺损与全上颌骨缺失是其中对患者影响很大、修复难度也较大的类型,目前主要依靠种植体技术来修复。深入探讨不同修复设计对支持组织可能造成的影响及规律,有助于指导临床工作,实现上颌骨缺损种植修复的优化设计,提高修复水平。 目的:本研究拟探索出快速、便捷、高效的牙颌组织三维有限元模型的建立方法,建立高度仿真的无牙颌一侧上颌骨缺损种植修复与双侧全上颌骨缺失种植修复的有限元模型,研究应用不同种植设计在鹤力作用下支持组织中的应力分布特点及规律,为临床应用提供理论指导,实现上颌骨缺损种植修复的优化设计。 方法:本研究利用专业的逆向工程软件来完成完整上颌骨三维实体模型的重建,然后基于实体模型建立三维有限元模型,在此基础上模拟出颌骨缺损,利用有限元法对上颌骨缺损和缺失种植修复后支持组织中应力分布的特点进行分析。具体如下: 1、采用多层螺旋CT对正常无牙颌志愿者进行扫描,在工作站上进行三维重建,获取高精度的头面部多排螺旋CT扫描影像的DICOM格式数据;采用专业医学影像重建软件直接读取DICOM数据,实现上颌骨模型在个人电脑上的三维重建;进一步应用专业逆向工程软件实现正常人无牙颌上颌骨三维重建模型的实体化。 第四军医大学博士学位论文 2、利用得到的无牙领上领骨及颅骨三维CAD实体模型,完成高度 仿真的无牙领上领骨及颅骨三维有限元模型的建立;并建立上领全口义 齿及种植全口覆盖义齿修复后的三维有限元模型,分别观察两种修复方 式对上领骨传导分散鹤力作用的影响,并观察鹤力作用下上领窦壁的应 力分布情况。 3、建立高度仿真的无牙领卜领骨一侧缺损种植修复的三维有限元 模型,对健侧种植、双侧种植两种种植设计下,双侧加载与患侧加载时 支持组织中的应力分布情况进行比较研究。 4、建立双侧上领骨缺失后应用颧骨种植体修复以及种植体一杆式附 着体、种植体一环形支架修复的三维有限元模型,在此基础上对其应力分 布情况进行分析研究。 结果:1、便捷、高效、准确、高度自动化地建立了上领骨及颅骨 的三维CAD实体模型,很好的反映了上领骨完整的几何形态及局部的 细节特征,能够得到上领窦、鼻腔、眶腔等结构直观、鲜明的整体印象。 此重建模型能够输入到常用的CAD/CAM/CAE软件中,直接完成有限元 模型的建立工作,为建立理想的颅面骨三维有限元模型打下了基础。 2、顺利地完成了完整上领骨及颅骨的三维有限元模型的建立,获 得的模型形态逼真、几何相似性非常好,是目前利用有限元方法进行上 领骨生物力学研究报道中很好的一个。本模型的建立为上领骨在咀嚼力、 冲击力、矫形力等多种力系作用下的生物力学行为的数值分析提供了良 好的方法,并为今后最终建立全颅领面骨组织有限元模型提供了基础。 3、在种植全口覆盖义齿修复后明显的观察到了三条支柱对鹤力传 导的作用,而在全口义齿修复时后牙应力分布比较均匀而广泛;首次观 察到鹤力作用下上领窦壁中的应力分布情况,此处应力分布区域与临床 中Le Fortl型骨折的骨折线相仿。 4、在无牙领上领骨一侧缺损的种植修复中,1位种植体及其周围 骨皮质应力值与种植修复设计关系密切,其健康状况对修复的成功最为 上 第四军医大学博士学位论文 关键:患侧颧骨种植后能够有效地承担患侧的载荷,可以大幅度降低l 位种植体及其周围骨皮质处的应力值,从而提高修复治疗的成功率。 5、对于全上领骨缺失,三种种植体上部结构设计支持组织中应力 分布差异不大,而其中种植体一环形支架一磁性附着体修复全上领骨缺失 是目前全上领骨缺失最理想的修复方式。 结论:通过本研究得到了高度仿真的完整无牙领上领骨及颅骨的三 维有限元模型,由此证明本研究的建模方法是快速、高效、切实可行的。 对无牙领一侧上领骨缺损和全上领骨缺失修复中应用不同的种植设计支 持组织中应力分布特点及规律进行了分析比较,结果能够用来辅助实现 领骨缺损种植修复的优化设计,指导临床工作。


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